CN106574974B - 测距方法以及测距装置 - Google Patents

测距方法以及测距装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106574974B
CN106574974B CN201580044913.6A CN201580044913A CN106574974B CN 106574974 B CN106574974 B CN 106574974B CN 201580044913 A CN201580044913 A CN 201580044913A CN 106574974 B CN106574974 B CN 106574974B
Authority
CN
China
Prior art keywords
charge
storage region
region
charge storage
pulsed light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201580044913.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106574974A (zh
Inventor
间瀬光人
平光纯
岛田明洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Publication of CN106574974A publication Critical patent/CN106574974A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106574974B publication Critical patent/CN106574974B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/36—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4913—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4914—Circuits for detection, sampling, integration or read-out of detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4915—Time delay measurement, e.g. operational details for pixel components; Phase measurement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H01L27/14614—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor having a special gate structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/112—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor
    • H01L31/113—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor being of the conductor-insulator-semiconductor type, e.g. metal-insulator-semiconductor field-effect transistor
    • H01L31/1133—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor being of the conductor-insulator-semiconductor type, e.g. metal-insulator-semiconductor field-effect transistor the device being a conductor-insulator-semiconductor diode or a CCD device
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/745—Circuitry for generating timing or clock signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/148—Charge coupled imagers
    • H01L27/14806—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14812—Special geometry or disposition of pixel-elements, address lines or gate-electrodes

Abstract

一种测距方法，是使用了光源(LS)、具有电荷产生区域和第一以及第二电荷存储区域(FD1,FD2)的距离传感器(P(m,n))的测距方法。将产生于电荷产生区域的电荷通过在第一期间(T1)中送到第一电荷存储区域(FD1)而存储于第一电荷存储区域(FD1)，通过在第二期间(T2)中送到第二电荷存储区域(FD2)而存储于第二电荷存储区域(FD2)。根据被存储于第一电荷存储区域(FD1)的电荷量(Q1)和被存储于第二电荷存储区域(FD2)的电荷量(Q2)，运算到对象物(OJ)为止的距离(d)。在从光源(LS)射出脉冲光(Lp)的时候，从光源(LS)射出预先设定成脉冲光(Lp)的射出期间(TT)中的光强度稳定期间(TS)分别长于第一以及第二期间(T1,T2)的脉冲光(Lp)。

Description

测距方法以及测距装置
技术领域
本发明涉及测距方法以及测距装置。
背景技术
已知有具备TOF(Time-of-Flight(飞行时间))型的距离传感器的测距装置(例如参照专利文献1)。在专利文献1所记载的测距装置中，距离传感器包含受光层、电荷传输用的光栅电极、电荷取出用的浮动扩散层而构成。在该测距装置中，通过将脉冲信号提供给光栅电极而使由脉冲光的入射而在受光层产生的电荷流入到浮动扩散层。被流入的电荷作为信号电荷而被存储于浮动扩散层。被存储于浮动扩散层的电荷作为对应于被存储的电荷量的输出而被读出。根据该输出，计算出到对象物为止的距离。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2005-235893号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在上述专利文献1所记载的那样的测距装置中，即使光源的驱动信号是方形波，从光源发光的脉冲光的光强度信号也成为具有光强度渐渐增加而到达规定值的上升期间、光强度被维持在规定值以上的光强度稳定期间、光强度低于规定值而渐渐降低的下降期间的梯形波。本发明人们的调查研究的结果，明确了测距装置的测距精度有时由于如上所述脉冲光的光强度信号成为梯形波而发生恶化。
因此，在本技术领域中期望提高测距精度。
解决问题的技术手段
本发明的一个方面所涉及的测距方法，是使用了朝向对象物射出脉冲光的光源、具有对应于对象物上的脉冲光的反射光的入射而产生电荷的电荷产生区域和存储在电荷产生区域产生的电荷的电荷存储区域的距离传感器的测距方法，将产生于电荷产生区域的电荷通过在相对于脉冲光的射出期间的第一期间中送到电荷存储区域从而遍及第一期间而存储于电荷存储区域，将产生于电荷产生区域的电荷通过在时机(timing)与第一期间不同并且与第一期间相同的宽度的第二期间中送到电荷存储区域从而遍及第二期间而存储于电荷存储区域，根据遍及第一期间而存储于电荷存储区域的电荷量和遍及第二期间而存储于电荷存储区域的电荷量，运算到对象物为止的距离，在从光源射出脉冲光的时候，从光源射出预先设定成脉冲光的射出期间中的光强度稳定期间分别长于第一以及第二期间的脉冲光。
本发明的一个方面所涉及的测距装置，是具备朝向对象物射出脉冲光的光源、具有对应于对象物上的脉冲光的反射光的入射而产生电荷的电荷产生区域和存储在电荷产生区域产生的电荷的电荷存储区域的距离传感器的测距装置，具备：电荷传输部，将产生于电荷产生区域的电荷通过在相对于脉冲光的射出期间的第一期间中送到电荷存储区域从而遍及第一期间而存储于电荷存储区域，将产生于电荷产生区域的电荷通过在时机与第一期间不同并且与第一期间相同的宽度的第二期间送到电荷存储区域从而遍及第二期间而存储于电荷存储区域；距离运算部，根据遍及第一期间而存储于电荷存储区域的电荷量和遍及第二期间而存储于电荷存储区域的电荷量，运算到对象物为止的距离；光源驱动部，以射出预先设定成脉冲光的射出期间中的光强度稳定期间分别长于第一以及第二期间的脉冲光的方式驱动光源。
在这些本发明中，从光源射出脉冲光，对象物上的脉冲光的反射光入射到距离传感器。在距离传感器的电荷产生区域，对应于反射光的入射而产生电荷。在电荷产生区域产生的电荷在第一以及第二期间中被送到电荷存储区域并被存储于电荷存储区域。第一以及第二期间中，时机不同，并且为相同的宽度。到对象物为止的距离根据遍及第一以及第二期间而分别被存储的电荷量而求得。
在从光源射出的脉冲光的光强度信号成为具有上述那样的上升期间以及下降期间的梯形波的情况下，与成为方形波的情况相比，在电荷产生区域产生的电荷量在上升期间减少，在下降期间增加。因此，例如在第一期间与上升期间重复，第二期间与下降期间重复的情况下，遍及第一期间而存储于电荷存储区域的电荷量比成为方形波的情况减少，遍及第二期间而存储于电荷存储区域的电荷量比成为方形波的情况增加。这样，为了求得到对象物为止的距离而使用的电荷量由于上升期间以及下降期间的影响而发生变化。其结果，测距精度降低。
在此，从光源射出的脉冲光预先设定成脉冲光的射出期间中的光强度稳定期间分别长于第一以及第二期间。由此，在分别遍及第一以及第二期间而存储于电荷存储区域的电荷量中，对应于光强度稳定期间而被存储的电荷量的比例变高，对应于上升期间以及下降期间而被存储的电荷量的比例变低。因此，减小了相对于测距精度的上升期间以及下降期间的影响。其结果，可以提高测距精度。
在从光源射出脉冲光的时候，也可以与第一期间的开始时机延迟而射出脉冲光。在此情况下，在遍及第二期间而存储于电荷存储区域的电荷量中，对应于脉冲光的光强度稳定期间而被存储的电荷量的比例进一步提高。其结果，能够使测距精度特别是在近距离上提高。
相对于第一期间的开始时机的脉冲光的射出时机的延迟时间也可以被预先设定为对应于表示实际的距离与由距离传感器求得的距离的相关关系的测距轮廓(profile)的线性区域的下限值的时间。在此情况下，使距离0补偿(offset)于该下限值的距离的条件下的测定成为可能。因此，即使相对于小于该下限值的距离范围，也可以提高测距精度。
距离传感器也可以具有多个电荷存储区域、将在电荷产生区域产生的电荷送到多个电荷存储区域的多个传输电极，对多个传输电极分别提供不同的相位的传输信号。在此情况下，每当脉冲光被射出一次，所产生的电荷被分别存储于不同的电荷存储区域，从而求得到对象物为止的距离。因此，能够防止测距精度由于到对象物为止的距离的时间变化而降低。
距离传感器也可以具有将在电荷产生区域产生的电荷送到电荷存储区域的传输电极，对传输电极提供按规定的时机间歇地提供了相位移动(phase shift)的传输信号。在此情况下，如果至少逐个具有传输电极以及电荷存储区域的话，则测距成为可能。由此，距离传感器能够小型化。
发明的效果
根据本发明的一个方式，能够提供一种能够提高测距精度的测距方法以及测距装置。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的测距装置的结构的说明图。
图2是用于说明距离图像传感器的截面结构的图。
图3是距离图像传感器的概略平面图。
图4是距离传感器的结构图。
图5是表示沿着图4的V-V线的截面结构的图。
图6是表示沿着图4的V-V线的半导体基板的第二主面附近的电势分布的图。
图7是对比较例所涉及的测距方法中的测距精度的恶化进行说明的图。
图8是表示由比较例所涉及的测距方法求得的距离与实际的距离的相关关系的测距轮廓。
图9是本实施方式所涉及的测距方法中的各种信号的时序图的一个例子。
图10是本实施方式所涉及的测距方法中的各种信号的时序图的另一个例子。
图11是表示光强度稳定期间以及发光延迟时间的设定方法的流程图。
图12是测距轮廓的一个例子。
图13是变形例所涉及的距离传感器的结构图。
图14是变形例所涉及的测距方法中的各种信号的时序图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细的说明。还有，在说明中，将相同符号标注于相同要素或者具有相同功能的要素，省略重复的说明。
图1是表示本实施方式所涉及的测距装置的结构的说明图。
测距装置10为测定到对象物OJ为止的距离d的装置。测距装置10具备距离图像传感器RS、光源LS、显示器DSP、控制单元。控制单元具备驱动部(光源驱动部)DRV、控制部CONT、运算部(距离运算部)ART。光源LS朝向对象物OJ射出脉冲光Lp。光源LS例如由激光照射装置、LED等构成。距离图像传感器RS为电荷分配型的距离图像传感器。距离图像传感器RS被配置于配线基板WB上。
控制单元(驱动部DRV、控制部CONT以及运算部ART)由包含CPU(CentralProcessing Unit(中央处理单元))等运算电路、RAM(Random Access Memory(随机存储器))以及ROM(Read Only Memory(只读存储器))等存储器、电源电路、以及A/D转换器的读取电路等硬件构成。该控制单元中，一部分或者全体也可以由ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit(专用集成电路))或者FPGA(Field Programmable Gate Array(现场可编程门阵列))等集成电路构成。
驱动部DRV按照控制部CONT的控制将驱动信号SD施加于光源LS，并以朝向对象物OJ射出脉冲光Lp的方式驱动光源LS。控制部CONT控制驱动部DRV并且将第一以及第二传输信号S1,S2输出至距离图像传感器RS。控制部CONT将运算部ART的运算结果显示于显示器DSP。运算部ART从距离图像传感器RS分别读出电荷量Q1,Q2。运算部ART根据读出的电荷量Q1,Q2运算距离d，并将运算结果输出至控制部CONT。距离d的运算方法的详细内容在后面通过参照图7来进行说明。显示器DSP从控制部CONT输入运算部ART的运算结果并显示该运算结果。
在测距装置10中，通过驱动信号SD被施加于光源LS从而从光源LS射出脉冲光Lp。如果从光源LS射出的脉冲光Lp入射到对象物OJ的话则作为脉冲光的反射光Lr由反射而从对象物OJ被射出。从对象物OJ被射出的反射光Lr入射到距离图像传感器RS的电荷产生区域。
在每个像素同步于第一以及第二传输信号S1,S2被收集的电荷量Q1,Q2从距离图像传感器RS被输出。被输出的电荷量Q1,Q2同步于驱动信号SD被输入到运算部ART。在运算部ART中，根据被输入的电荷量Q1,Q2对每个像素运算距离d，运算结果被输入到控制部CONT。被输入到控制部CONT的运算结果被传输并显示于显示器DSP。
图2是用于说明距离图像传感器的截面结构的图。
距离图像传感器RS为表面入射型的距离图像传感器。距离图像传感器RS具备半导体基板1、遮光层Ll。半导体基板1具有互相相对的第一以及第二主面1a,1b。第二主面1b为光入射面。距离图像传感器RS在使半导体基板1的第一主面1a侧与配线基板WB相对的状态下经由粘结区域FL而被贴附于配线基板WB。粘结区域FL具有绝缘性的粘结剂及填料。遮光层Ll被配置于半导体基板1的第二主面1b的前方。反射光Lr从半导体基板1的第二主面1b侧入射到距离图像传感器RS。
图3是距离图像传感器的概略平面图。还有，在图3中，省略表示遮光层Ll。
距离图像传感器RS的半导体基板1具有由排列成二维状的多个距离传感器P(m,n)构成的摄像区域1A。从各个距离传感器P(m,n)输出上述两个电荷量Q1,Q2。因此，通过在摄像区域1A对来自对象物OJ的反射光Lr进行成像从而能够获得对象物OJ的距离图像。一个距离传感器P(m,n)作为一个像素来行使功能。还有，两个以上的距离传感器(m,n)也可以作为一个像素来行使功能。
图4是距离传感器的结构图。图5是表示沿着图4的V-V线的截面结构的图。还有，在图4中，省略表示遮光层L1。
如上所述，距离图像传感器RS在光入射面即第二主面1b的前方具备遮光层Ll。在遮光层Ll的对应于各个距离传感器P(m,n)的区域的各个，形成有开口Lla。开口Lla呈现矩形状。在本实施方式中，开口Lla呈现长方形状。光通过遮光层Ll的开口Lla而入射到半导体基板1。因此，受光区域由开口Lla而被规定于半导体基板1。遮光层Ll例如由铝等金属构成。
半导体基板1由p型的第一半导体区域3、杂质浓度低于第一半导体区域3的p-型的第二半导体区域5构成。第一半导体区域3位于第一主面1a侧。第二半导体区域5位于第二主面1b侧。半导体基板1例如通过使杂质浓度低于该半导体基板的p-型的外延层生长于p型的半导体基板上来获得。在半导体基板1的第二主面1b(第二半导体区域5)上形成有绝缘层7。
各个距离传感器P(m,n)为电荷分配方式的距离传感器。各个距离传感器P(m,n)具有光栅电极PG、第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2、第一以及第二传输电极TX1,TX2。光栅电极PG对应于开口Lla进行配置。半导体基板1(第二半导体区域5)上的对应于光栅电极PG的区域(在图5中位于光栅电极PG的下方的区域)作为对应于对象物OJ上的脉冲光Lp的反射光Lr的入射而产生电荷的电荷产生区域来行使功能。光栅电极PG还对应于开口Lla的形状并在俯视图中呈现矩形状。在本实施方式中，光栅电极PG与开口Lla相同，呈现长方形状。
第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2夹着光栅电极PG来进行配置。第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2从光栅电极PG分开来进行配置。第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2在俯视图中呈现矩形状。在本实施方式中，第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2在俯视图中呈现正方形状，且成为互相相同的形状。第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2为被形成于第二半导体区域5的杂质浓度高的n型的半导体区域。第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2将在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷来进行存储。
第一传输电极TX1被配置于绝缘层7上，即，被配置于第一电荷存储区域FD1与光栅电极PG之间。第一传输电极TX1分别从第一电荷存储区域FD1和光栅电极PG分开来进行配置。第一传输电极TX1对应于第一传输信号S1(参照图7)而在第一期间T1(参照图7)中将在电荷产生区域产生的电荷送到第一电荷存储区域FD1。第一期间T1对应于脉冲光Lp的射出期间TT(参照图7)。
第二传输电极TX2被配置于绝缘层7上，即，被配置于第二电荷存储区域FD2与光栅电极PG之间。第二传输电极TX2分别从第二电荷存储区域FD2和光栅电极PG分开来进行配置。第二传输电极TX2对应于相位与第一传输信号S1不同的第二传输信号S2(参照图7)而在第二期间T2(参照图7)中将在电荷产生区域产生的电荷送到第二电荷存储区域FD2。第二期间T2其时机与第一期间T1不同，并且是与第一期间T1相同的宽度。
如以上所述，控制部CONT输出第一以及第二传输信号S1,S2。第一以及第二传输电极TX1,TX2通过被施加由控制部CONR输出的第一以及第二传输信号S1,S2，从而将在电荷产生区域产生的电荷分配并送至第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2。因此，控制部CONT的一部分和第一以及第二传输电极TX1,TX2作为电荷传输部来行使功能。
第一以及第二传输电极TX1,TX2在俯视图中呈现矩形状。在本实施方式中，第一以及第二传输电极TX1,TX2呈现长方形状，并且成为互相相同形状。第一以及第二传输电极TX1,TX2的长边的长度短于光栅电极PG的长边的长度。
在绝缘层7，设置有用于使第二半导体区域5的表面露出的接触孔。在接触孔内配置有用于将第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2连接于外部的导体13。
在本实施方式中，所谓“杂质浓度高”例如是指杂质浓度为1×1017cm-3左右以上，将“+”标注表示于导电类型。另一方面，所谓“杂质浓度低”例如是指杂质浓度为1×1015cm-3左右以下，将“-”标注表示于导电类型。
各个半导体区域的厚度/杂质浓度如以下所述。
第一半导体区域3：厚度10～1000μm/杂质浓度1×1012～1019cm-3
第2半导体区域5：厚度1～50μm/杂质浓度1×1012～1015cm-3
第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2：厚度0.1～1μm/杂质浓度1×1018～1020cm-3
经由背栅(back gate)或者贯通电极等将接地电位等基准电位提供给半导体基板1(第一以及第二半导体区域3,5)。半导体基板1由Si构成，绝缘层7由SiO2构成，光栅电极PG和第一以及第二传输电极TX1,TX2由多晶硅构成。它们也可以由其他材料构成。
被施加于第一传输电极TX1的第一传输信号S1的相位与被施加于第二传输电极TX2的第二传输信号S2的相位偏差180度。入射到各个距离传感器P(m,n)的光在半导体基板1(第二半导体区域5)内被转换成电荷。这样产生的电荷中的一部分作为信号电荷按照电势梯度向第一传输电极TX1或者第二传输电极TX2的方向行走。电势梯度由被施加于光栅电极PG和第一以及第二传输电极TX1,TX2的电压形成。
如果将正电位提供给第一传输电极TX1或者第二传输电极TX2的话则第一传输电极TX1或者第二传输电极TX2之下的电势相对于电子变得低于光栅电极PG之下的部分的半导体基板1(第二半导体区域5)的电势。由此，负的电荷(电子)向第一传输电极TX1或者第二传输电极TX2的方向被拉进来，并被存储于由第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2形成的电势阱内。n型的半导体包含正离子化了的施主并且具有正的电势，所以吸引电子。如果将低于上述正电位的电位(例如接地电位)提供给第一传输电极TX1或者第二传输电极TX2的话则会产生由第一传输电极TX1或者第二传输电极TX2引起的势垒(potential barrier)。因此，在半导体基板1上产生的电荷不被拉入到第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2。
图6是表示沿着图4的V-V线的半导体基板的第二主面附近的电势分布的图。
在图6中，朝下是电势的正方向。在图6中表示第一传输电极TX1的正下方的区域的电势φTX1、第二传输电极TX2的正下方的区域的电势φTX2、光栅电极PG的正下方的电荷产生区域的电势φPG、第一电荷存储区域FD1的电势φFD1、以及第二电荷存储区域FD2的电势φFD2。
光栅电极PG的正下方的区域(电荷产生区域)的电势φPG如果将无偏压(bias)时的邻接的第一以及第二传输电极TX1,TX2正下方的区域的电势(φTX1,φTX2)设为基准电位的话则被设定成高于该基准电位。该电荷产生区域的电势φPG变得高于电势φTX1,φTX2。因此，电势分布在电荷产生区域中成为图面的朝下凹陷的形状。
参照图6来说明电荷的存储动作。在被施加于第一传输电极TX1的第一传输信号S1的相位为0度的时候，将正的电位提供给第一传输电极TX1。将反相的电位、即相位为180度的电位(例如接地单位)提供给第二传输电极TX2。将被提供给第一传输电极TX1的电位与被提供给第二传输电极TX2的电位之间的电位提供给光栅电极PG。在此情况下，如图6(a)所示，在电荷产生区域产生的负的电荷e通过第一传输电极TX1正下方的半导体的电势φTX1相较于电荷产生区域的电势φPG更下降而流入到第一电荷存储区域FD1的电势阱内。
另一方面，第二传输电极TX2正下方的半导体的电势φTX2不降低，电荷不流入到第二电荷存储区域FD2的电势阱内。由此，电荷被收集于第一电荷存储区域FD1的电势阱并被存储。在第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2中，因为添加了n型的杂质，所以在正方向上电势产生凹陷。
在被施加于第二传输电极TX2的第二传输信号S2的相位为0度的时候，将正的电位提供给第二传输电极TX2。另外，将反相的电位、即相位为180度的电位(例如接地单位)提供给第一传输电极TX1。将被提供给第一传输电极TX1的电位与被提供给第二传输电极TX2的电位之间的电位提供给光栅电极PG。在此情况下，如图6(b)所示，在电荷产生区域产生的负的电荷e通过第二传输电极TX2正下方的半导体的电势φTX2相较于电荷产生区域的电势φPG更下降而流入到第二电荷存储区域FD2的电势阱内。
另一方面，第一传输电极TX1正下方的半导体的电势φTX1不降低，电荷不流入到第一电荷存储区域FD1的电势阱内。由此，电荷被收集于第二电荷存储区域FD2的电势阱并被存储。
综上所述，电荷被收集于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的电势阱并被存储。被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的电势阱的电荷被读出至外部。
图7是对比较例所涉及的测距方法中的测距精度的恶化进行说明的图。具体来说，图7(a)是从光源射出的时候的脉冲光的光强度信号成为理想的方形波的情况下的各种信号的时序图。图7(b)是实际的情况下的各种信号的时序图。图7(c)是对返回到摄像区域的时候的反射光的光强度信号进行比较的图。
首先，参照图7(a)，对从光源LS射出的时候的脉冲光Lp的光强度信号SLp成为理想的方形波的情况进行说明。在图7(a)中，表示由控制部CONT而被施加到光源LS的驱动信号SD、从光源LS射出的时候的脉冲光Lp的光强度信号SLp、返回到摄像区域1A的时候的反射光Lr的光强度信号SLr、被施加于第一传输电极TX1的第一传输信号S1、以及被施加于第二传输电极TX2的第二传输信号S2。
如图7(a)所示，驱动信号SD、光强度信号SLp,SLr、以及第一以及第二传输信号S1,S2都是成为理想的方形波的脉冲信号。所有这些信号以驱动信号SD被施加于光源LS之前的状态被设为低电平。
驱动信号SD为脉冲宽度Tp的脉冲信号。驱动信号SD的脉冲宽度Tp为光强度信号SLp的脉冲宽度的设定值。在此情况下，因为光强度信号SLp成为理想的方形波，所以光强度信号SLp的脉冲宽度如同设定而成为等于驱动信号SD的脉冲宽度Tp。驱动信号SD在脉冲宽度Tp之间被设为高电平，之后被设为低电平。光强度信号SLp与驱动信号SD的施加开始同时上升，并被设为对应于脉冲光Lp的光强度的电平。光强度信号SLp在脉冲宽度Tp之后下降，并被设为低电平。
第一以及第二传输信号S1,S2同步于脉冲光Lp的射出并以互相相反相位被施加于第一以及第二传输电极TX1,TX2。具体来说，第一传输信号S1以相位差0同步于光强度信号SLp并在脉冲宽度Tp之间被施加于第一传输电极TX1，在其间被设为高电平。第二传输信号S2以相位差180度同步于光强度信号SLp并在脉冲宽度Tp之间被施加于第二传输电极TX2，在其间被设为高电平。第一以及第二传输信号S1,S2被设为高电平的期间分别为第一以及第二期间T1,T2。第一以及第二期间T1,T2其时机不同并且宽度相等。在此情况下，第一以及第二期间T1,T2的宽度分别等于驱动信号SD的脉冲宽度Tp。
光强度信号SLr与反射光Lr返回到摄像区域1A同时上升，并被设为对应于反射光Lr的光强度的电平。光强度信号SLr在脉冲宽度Tp之后下降并被设为低电平。在此情况下，光强度信号SLr的脉冲宽度等于驱动信号SD的脉冲宽度Tp。光强度信号SLp与光强度信号SLr的相位差Td为光的飞行时间。相位差Td对应于从距离图像传感器RS到对象物OJ的距离d。
对应于反射光Lr的入射而产生于电荷产生区域的电荷通过在相对于脉冲光Lp的射出期间TT第一传输信号S1被设为高电平的第一期间T1中被送到第一电荷存储区域FD1，从而遍及第一期间T1被存储于第一电荷存储区域FD1。所谓脉冲光Lp的射出期间TT是指光强度信号SLp不在低电平的期间。在此情况下，射出期间TT的宽度等于驱动信号SD的脉冲宽度Tp。
对应于反射光Lr的入射而产生于电荷产生区域的电荷通过在第二传输信号S2被设为高电平的第二期间T2中被送到第二电荷存储区域FD2，从而遍及第二期间T2被存储于第二电荷存储区域FD2。
电荷产生于电荷产生区域的是反射光Lr的进行入射的期间。因此，被存储于第一电荷存储区域FD1的电荷量Q1成为在第一期间T1中光强度信号SLr与第一传输信号S1进行重叠的期间被存储的电荷量。另外，被存储于第二电荷存储区域FD2的电荷量Q2成为在第二期间T2中光强度信号SLr与第二传输信号S2进行重叠的期间被存储的电荷量。
距离d的运算使用电荷量Q1与电荷量Q2的比例(分配比)并由下述式(1)来进行运算。还有，c为光速。
距离d＝(c/2)×(Tp×Q2/(Q1+Q2))…(1)
该情况下的可测定的距离d的范围根据第一以及第二期间T1,T2各自的宽度而不同，并且是相位差Td成为第一以及第二期间T1,T2各自的宽度以内的范围。即，相位差Td成为与第一以及第二期间T1,T2各自的宽度相等的距离d为可测定的距离d的最大值。因此，欲测定的距离范围的宽度即测距范围能够根据第一以及第二期间T1,T2各自的宽度进行设定。还有，所谓可测定，在理论上，是指由上述式(1)能够计算出距离d。
接着，参照图7(b)以及图7(c)，对实际的情况进行说明。如图7(b)所示，光强度信号SLp,SLr成为梯形波。光强度信号SLp,SLr分别在上升期间TR渐渐增加并达到规定值，在光强度稳定期间TS维持规定值以上，在下降期间TF低于规定值而渐渐减小。在这样的情况下，脉冲光Lp的射出期间TT变成长于驱动信号SD的脉冲宽度Tp。
还有，所谓光强度稳定期间TS不仅是光强度信号SLp,SLr成为一定的期间而且是光强度信号SLp,SLr收敛于例如最大值的5％以内的期间。在将光强度信号SLp,SLr成为一定的期间设为光强度稳定期间TS的情况下，从脉冲光Lp的射出期间TT减去上升期间TR以及下降期间TF的期间为光强度稳定期间TS。在此情况下，脉冲光Lp的射出期间TT等于下降期间TF的宽度与驱动信号SD的脉冲宽度Tp之和。
如图7(c)所示，实际的情况下，与光强度信号SLp,SLr成为理想的方形波的情况相比时，电荷量Q1由于上升期间TR的影响而只减少电荷量q1。另外，电荷量Q2由于下降期间TF的影响而只增加电荷量q2。这样，在比较例所涉及的测距方法中，由于电荷的分配比与理想的情况不同，所以测距精度发生恶化。
图8是表示实际的距离与由比较例所涉及的测距方法求得的距离的相关关系的测距轮廓。
在图8中，横轴表示实际的距离d，纵轴表示由比较例所涉及的测距方法求得的距离(计算距离)dcal。将驱动信号SD的脉冲宽度Tp设为30ns而获得的脉冲光Lp被用于测定。横轴以及纵轴的范围是在与驱动信号SD的脉冲宽度Tp相同分别将第一以及第二期间T1,T2的宽度设为30ns的时候可测定的范围。直线B为通过原点的倾斜1的直线。
如图8所示，测距轮廓被分割成线性区域Aline和非线性区域Ashort,Along。所谓线性区域Aline是指实际的距离d与计算距离dcal大致相等的(同等的)区域，并且是计算距离dcal的与实际的距离d的误差(∣d-dcal∣/d×100(％))为容许界限以下的区域。线性区域Aline例如是该误差为百分之几以下的区域。在线性区域Aline中，因为如上所述该误差小所以测距精度高。在线性区域Aline中，测定数据被配置于大致直线B上。
另一方面，所谓非线性区域Ashort,Along，为线性区域Aline以外的区域，并且是至少与线性区域Aline邻接而包含实际的距离d与计算距离dcal不同等的区域的区域。即，非线性区域Ashort,Along在不邻接于线性区域Aline的区域中也可以包含实际的距离d与计算距离dcal同等的区域。所谓实际的距离d与计算距离dcal不同等的区域，是指上述误差超过容许界限的区域，例如是上述误差超过百分之几的区域。非线性区域Ashort相较于线性区域Aline而位于短距离侧。非线性区域Along相较于线性区域Aline而位于长距离侧。
在非线性区域Ashort,Along中，测定数据被配置于偏离直线B的位置。在非线性区域Ashort,Along中，因为上述误差大所以测距精度低。这是由于，非线性区域Ashort中，相对于电荷量Q2的电荷量q2的影响变大。另外，这是由于，非线性区域Along中，相对于电荷量Q1的电荷量q1的影响变大。
图9是本实施方式所涉及的测距方法中的各种信号的时序图的一个例子。
如图9所示，在本实施方式所涉及的测距方法的一个例子中，驱动信号SD的脉冲宽度Tp被预先设定成比第一以及第二期间T1,T2各自的宽度仅长延长时间TX。由此，从光源LS射出的脉冲光Lp的光强度稳定期间TS的宽度被预先设定成长于第一以及第二期间T1,T2各自的宽度。还有，与比较例相同，第一以及第二期间T1,T2其时机不同并且是相同的宽度。
在此情况下，在被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的电荷量Q1,Q2中，对应于脉冲光Lp的光强度稳定期间TS被存储的电荷的比例变高。因此，由于上升期间TR的影响而从理想情况进行减少的电荷量q1的对于电荷量Q1的影响变小。另外，由于下降期间TF的影响而从理想情况进行增加的电荷量q2的对电荷量Q2的影响变小。其结果，相对于测距精度的光强度信号SLp的上升期间TR以及下降期间TF的影响减少，所以能够提高测距精度。
图10是本实施方式所涉及的测距方法中的各种信号的时序图的另一个例子。
如图10所示，在本实施方式所涉及的测距方法的另一个例子中，除了驱动信号SD的脉冲宽度Tp被预先设定成比第一以及第二期间T1,T2各自的宽度仅长延长时间TX之外，以驱动信号SD比第一传输信号S1的施加仅延迟发光延迟时间(延迟时间)Ty进行施加的方式被预先设定。
在此情况下，在被存储于第二电荷存储区域FD2的电荷量Q2中，对应于脉冲光Lp的光强度稳定期间TS被存储的电荷的比例变得更高。因此，由于下降期间TF的影响而从理想情况进行增加的电荷量q2的对于电荷量Q2的影响变得更小。由此，特别是相对于近距离的测距精度的光强度信号SLp的下降期间TF的影响被减小。其结果，特别是能够提高近距离的测距精度。还有，在计算距离d的时候，有必要补偿(offset)相当于发光延迟时间Ty的距离。
参照图11，对预先设定光强度稳定期间TS以及发光延迟时间Ty的方法进行说明。图11是表示光强度稳定期间以及发光延迟时间的设定方法的流程图。图12是测距轮廓的一个例子。
如图11所示，首先，作为初始设定，将各种测定条件设定成与比较例所涉及的测距方法相同(步骤S01)。具体来说，通过将第一以及第二期间T1,T2各自的宽度设为对应于欲测定的距离范围的值T0，从而设定测距范围。驱动信号SD的脉冲宽度Tp同样被设为T0。发光延迟时间Ty被设为0。配合于发光延迟时间Ty，相对于计算距离dcal的发光延迟时间Ty的补偿dofs被设为0。
接着，制作表示计算距离dcal与实际的距离d的关系的测距轮廓(步骤S02)。如图12所示，测距轮廓被分割成线性区域Aline和非线性区域Ashort,Along。
接着，在测距轮廓中，确认线性区域Aline的距离范围dline以及其下限值dshort，并分别计算出所对应的时间范围Tline以及其下限值Tshort(步骤S03)。在此，线性区域Aline的下限值dshort对应于非线性区域Ashort的距离范围的值。
接着，进行测定条件的再设定(步骤S04)。具体来说，驱动信号SD的脉冲宽度Tp被设为T0+(T0-Tline)。发光延迟时间Ty被设为Tshort。相对于计算距离dcal的发光延迟时间Ty的补偿dofs配合于发光延迟时间Ty而被设为dshort。不变更第一以及第二期间T1,T2各自的宽度。
接着，再次制作测距轮廓(步骤S05)。接着，在测距轮廓中判断是否获得了所期望的线性特性(步骤S06)。具体来说，判断线性区域Aline的距离范围dline以及线性区域Aline的下限值dshort是否在所期望的范围内。距离范围dline变得越宽则能够以高精度进行测距的距离范围变得越宽。另外，下限值dshort变得越小则能够以高精度进行测距的最小距离变得越短。
在步骤S06中是(YES)的情况下，处理结束。由此，作为发光延迟时间Ty，预先设定时间范围Tline的下限值Tshort。另外，作为光强度稳定期间TS，预先设定对应于线性区域Aline的时间范围Tline。还有，通过预先设定光强度稳定期间TS从而必然地预先设定脉冲宽度Tp以及延长时间TX。另外，在步骤S06中否(NO)的情况下，转移至步骤S03的处理，并重复步骤S03～S06的处理。
在本实施方式中，不会没有上升期间TR以及下降期间TF的影响，并且也不能够将测距范围整体设为测距精度高的线性区域Aline。然而，通过预先设定较长的光强度稳定期间TS，从而能够相对降低脉冲光Lp的射出期间TT中的上升期间TR以及下降期间TF的比例，并且能够减少上升期间TR以及下降期间TF的影响。由此，测距精度高的线性区域Aline在测距范围整体中所占的比例增加，并且测距精度提高。
如以上所说明的那样，在本实施方式所涉及的测距方法中，在从光源LS射出脉冲光Lp的时候，从光源LS射出预先设定成脉冲光Lp的射出期间TT中的光强度稳定期间TS分别长于第一以及第二期间T1,T2的脉冲光Lp。
另外，本实施方式所涉及的测距装置10具备以射出预先设定成脉冲光Lp的射出期间TT中的光强度稳定期间TS分别长于第一以及第二期间T1,T2的脉冲光Lp的方式驱动光源LS的驱动部DRV。
由此，在分别遍及第一以及第二期间T1,T2被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的电荷量Q1,Q2中，对应于光强度稳定期间TS被存储的电荷量的比例变高，对应于上升期间TR以及下降期间TF被存储的电荷量的比例变低。因此，由于上升期间TR的影响而从理想情况减少的电荷量q1的对于电荷量Q1的影响变小。另外，由于下降期间TF的影响而从理想情况增加的电荷量q2的对于电荷量Q2的影响变小。其结果，相对于测距精度的光强度信号SLp的上升期间TR以及下降期间TF的影响被减少，并且能够提高测距精度。
在将上述式(1)作为前提的测距方法中，如果驱动信号SD的脉冲宽度Tp被设定为与第一以及第二期间T1,T2各自的宽度相同的长度的话则相位差Td从0到成为第一以及第二期间T1,T2各自的宽度的距离能够进行测距。然而，驱动信号SD的脉冲宽度TP即使被设定为与第一以及第二期间T1,T2各自的宽度相同的长度，实际上，也会由于上升期间TR以及下降期间TF的影响而减少光强度稳定期间TS的宽度。相对于此，通过有意识地较长地预先设定驱动信号SD的脉冲宽度TP，从而如果有意识地较长地预先设定光强度稳定期间TS的话则能够弥补由于光强度稳定期间TS的宽度降低而造成的影响。
另外，在从光源LS射出脉冲光Lp的时候，与第一期间T1的开始时机以发光延迟时间Ty进行延迟而射出脉冲光Lp。由此，在遍及第二期间T2被存储于第二电荷存储区域FD2的电荷量Q2中，对应于光强度稳定期间TS被存储的电荷量的比例会更高。其结果，特别是能够在近距离提高测距精度。
另外，相对于第一期间T1的开始时机的脉冲光Lp的射出时机的发光延迟时间Ty被预先设定为对应于表示实际的距离d与由距离传感器P(m,n)求得的距离dcal的相关关系的测距轮廓的线性区域Aline的下限值dshort的下限值dshort。在该情况下，能够在将距离0补偿于该下限值dshort的条件下进行测定。因此，即使相对于小于下限值dshort的距离范围也能够提高测距精度。
另外，距离传感器P(m,n)具有第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2、将在电荷产生区域产生的电荷送到第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的第一以及第二传输电极TX1,TX2。分别将第一以及第二传输信号S1,S2提供给第一以及第二传输电极TX1,TX2。第一以及第二传输信号S1,S2其相位偏差180度。由此，每当脉冲光Lp被射出一次，所产生的电荷被分别存储于电荷存储区域FD1,FD2，并能够求得到对象物OJ的距离d。因此，能够防止由于到对象物OJ的距离d的时间变化而使测距精度降低。
接着，说明本实施方式的变形例。图13是变形例所涉及的距离传感器的结构图。还有，在图13中省略表示遮光层Ll。
如图13所示，变形例所涉及的距离传感器P(m,n)具有光栅电极PG、第一电荷存储区域FD1、第一传输电极TX1。本变形例所涉及的距离传感器P(m,n)在不具有第二电荷存储区域FD2、第二传输电极TX2的方面与上述实施方式不同。
光栅电极PG在俯视图中呈现矩形环状。在本变形例中，光栅电极PG在俯视图中呈现正方形环状。光栅电极PG的外缘与距离传感器P(m,n)的外缘一致。在光栅电极PG的所呈现的正方形环的内侧形成有第一电荷存储区域FD1。第一电荷存储区域FD1在俯视图中呈现矩形状。在本变形例中，第一电荷存储区域FD1在俯视图中呈现正方形状。第一电荷存储区域FD1在俯视图中位于距离传感器P(m,n)的大致中央。
在光栅电极PG与第一电荷存储区域FD1之间形成有第一传输电极TX1。第一传输电极TX1在俯视图中呈现矩形环状。在本变形例中，第一电荷存储区域FD1在俯视图中呈现正方形环状。
图14是变形例所涉及的测距方法中的各种信号的时序图。
如图14所示，被施加于第一传输电极TX1的第一传输信号S1按规定的时机间歇地被提供相位移动。在本变形例中，第一传输信号S1按180的时机被提供180度的相位移动。第一传输信号S1按0度的时机同步于驱动信号SD，按180度的时机在驱动信号SD具有180度的相位差。
在本变形例中，按0度的时机被存储于第一电荷存储区域FD1的电荷量Q1和按180度的时机被存储于第一电荷存储区域FD1的电荷量Q2按顺序被读出。根据这些电荷量Q1,Q2计算距离d。
这样，距离传感器P(m,n)具有将在电荷产生区域产生的电荷送到第一电荷存储区域FD1的第一传输电极TX1。按180度的时机间歇地被提供180度的相位移动的第一传输信号S1被提供给第一传输电极TX1。在此情况下，因为如果至少逐个具有第一传输电极TX1以及第一电荷存储区域FD1的话则能够测距，所以距离传感器P(m,n)能够小型化。
本发明并不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，一边制作测距轮廓一边进行延长时间Tx以及发光延迟时间Ty的设定，但是，并不限定于此。关于从光源LS射出的时候的脉冲光Lp的光强度信号SLp的信号波形如果有已知的信息的话则也可以基于此设定延长时间Tx以及发光延迟时间Ty。例如，如果光强度稳定期间TS的宽度是已知的话则能够将第一以及第二期间T1,T2各自的宽度与光强度稳定期间TS的宽度之差设定为延长时间Tx。
另外，如果光强度信号SLp的上升期间TR的宽度是已知的话则能够将从驱动信号SD的脉冲宽度Tp减去上升期间TR的宽度的值推测为光强度稳定期间TS的宽度。根据该推测的光强度稳定期间TS的宽度，同样能够设定延长时间Tx。
另外，在从光源LS射出脉冲光Lp的时候，也能够先于第一期间T1的开始时机而射出脉冲光Lp。在此情况下，发光延迟时间Ty被设为负的值。根据上述式(1)，在接近可测距的距离范围的最大值的区域、例如非线性区域Along中，光强度信号SLp的上升期间TR的影响大。即，在该区域中，从理想情况减少的电荷量q1的对于电荷量Q1的影响大。通过将发光延迟时间Ty设为负的值从而电荷量q1的对于电荷量Q1的影响变小，并且能够提高该区域中的测距精度。
距离图像传感器RS其各个距离传感器P(m,n)被排列成二维状，但也可以是被配置成一维状的线传感器。还有，即使通过使线传感器旋转或者使用2个线传感器来进行扫描也能够获得二维图像。
距离图像传感器RS并不限于表面入射型的距离图像传感器。距离图像传感器RS也可以是背面入射型的距离图像传感器。
也可以由光电二极管(例如埋入型的光电二极管等)构成对应于入射光而产生电荷的电荷产生区域。
本实施方式所涉及的距离图像传感器RS中的p型以及n型的各个导电类型也可以以成为与上述相反的方式被更换。
产业上的利用可能性
本发明能够利用于测距方法以及测距装置。
符号的说明
10…测距装置、Aline…线性区域、d…距离、dshort…线性区域的下限值、FD1…第一电荷存储区域、FD2…第二电荷存储区域、P…距离传感器、PG…光栅电极、S1…第一传输信号、S2…第二传输信号、T1…第一期间、T2…第二期间、TX1…第一传输电极(电荷传输部)、TX2…第二传输电极(电荷传输部)、LS…光源、CONT…控制部(电荷传输部)、DRV…驱动部(光源驱动部)、ART…运算部(距离运算部)、OJ…对象物、Lp…脉冲光、Lr…反射光、TS…光强度稳定期间、TT…脉冲光的射出期间、Ty…发光延迟时间(延迟时间)、Q1,Q2…电荷量。

Claims (4)

1.一种测距方法，其特征在于：
是使用了朝向对象物射出脉冲光的光源、以及具有对应于所述对象物上的所述脉冲光的反射光的入射而产生电荷的电荷产生区域和存储在所述电荷产生区域产生的电荷的电荷存储区域的距离传感器的测距方法，
将产生于所述电荷产生区域的电荷通过在相对于所述脉冲光的射出期间的第一期间中送到所述电荷存储区域从而遍及所述第一期间而存储于所述电荷存储区域，
将产生于所述电荷产生区域的电荷通过在时机与所述第一期间不同并且与所述第一期间相同的宽度的第二期间中送到所述电荷存储区域从而遍及所述第二期间而存储于所述电荷存储区域，
根据遍及所述第一期间而存储于所述电荷存储区域的电荷量和遍及所述第二期间而存储于所述电荷存储区域的电荷量，运算到所述对象物为止的距离，
在从所述光源射出所述脉冲光的时候，从所述光源射出预先设定成所述脉冲光的射出期间中的光强度稳定期间分别长于所述第一以及第二期间的脉冲光，
在从所述光源射出所述脉冲光的时候，与所述第一期间的开始时机延迟而射出所述脉冲光，
相对于所述第一期间的开始时机的所述脉冲光的射出时机的延迟时间被预先设定为对应于表示实际的距离与由所述距离传感器求得的距离的相关关系的测距轮廓的线性区域的下限值的时间。
2.如权利要求1所述的测距方法，其特征在于：
所述距离传感器具有多个所述电荷存储区域、以及将在所述电荷产生区域产生的电荷送到多个所述电荷存储区域的多个传输电极，
对多个所述传输电极分别提供不同的相位的传输信号。
3.如权利要求1或2所述的测距方法，其特征在于：
所述距离传感器具有将在所述电荷产生区域产生的电荷送到所述电荷存储区域的传输电极，
对所述传输电极提供按规定的时机间歇地提供了相位移动的传输信号。
4.一种测距装置，其特征在于：
是具备朝向对象物射出脉冲光的光源、以及具有对应于所述对象物上的所述脉冲光的反射光的入射而产生电荷的电荷产生区域和存储在所述电荷产生区域产生的电荷的电荷存储区域的距离传感器的测距装置，
具备：
电荷传输部，将产生于所述电荷产生区域的电荷通过在相对于所述脉冲光的射出期间的第一期间中送到所述电荷存储区域从而遍及所述第一期间而存储于所述电荷存储区域，将产生于所述电荷产生区域的电荷通过在时机与所述第一期间不同并且与所述第一期间相同的宽度的第二期间中送到所述电荷存储区域从而遍及所述第二期间而存储于所述电荷存储区域；
距离运算部，根据遍及所述第一期间而存储于所述电荷存储区域的电荷量和遍及所述第二期间而存储于所述电荷存储区域的电荷量，运算到所述对象物为止的距离；以及
光源驱动部，以射出预先设定成所述脉冲光的射出期间中的光强度稳定期间分别长于所述第一以及第二期间的脉冲光的方式驱动所述光源，
与所述第一期间的开始时机延迟而从所述光源射出所述脉冲光，
相对于所述第一期间的开始时机的所述脉冲光的射出时机的延迟时间被预先设定为对应于表示实际的距离与由所述距离传感器求得的距离的相关关系的测距轮廓的线性区域的下限值的时间。
CN201580044913.6A 2014-08-22 2015-08-04 测距方法以及测距装置 Active CN106574974B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014169166A JP6280002B2 (ja) 2014-08-22 2014-08-22 測距方法及び測距装置
JP2014-169166 2014-08-22
PCT/JP2015/072048 WO2016027656A1 (ja) 2014-08-22 2015-08-04 測距方法及び測距装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106574974A CN106574974A (zh) 2017-04-19
CN106574974B true CN106574974B (zh) 2019-06-18

Family

ID=55350602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580044913.6A Active CN106574974B (zh) 2014-08-22 2015-08-04 测距方法以及测距装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10684371B2 (zh)
JP (1) JP6280002B2 (zh)
KR (1) KR102350761B1 (zh)
CN (1) CN106574974B (zh)
CH (1) CH711639B1 (zh)
DE (1) DE112015003846T5 (zh)
WO (1) WO2016027656A1 (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3232224B1 (de) * 2016-04-12 2018-06-13 Sick Ag Entfernungsmessender optoelektronischer sensor und verfahren zur erfassung und abstandsbestimmung von objekten
JP7363782B2 (ja) * 2018-07-02 2023-10-18 Ｔｏｐｐａｎホールディングス株式会社 測距装置、カメラ、検査調整装置、測距装置の駆動調整方法及び検査調整方法
CN112888958A (zh) * 2018-10-16 2021-06-01 布鲁克曼科技株式会社 测距装置、摄像头以及测距装置的驱动调整方法
CN111580117A (zh) * 2019-02-19 2020-08-25 光宝电子(广州)有限公司 飞时测距感测系统的控制方法
CN110187355B (zh) * 2019-05-21 2023-07-04 奥比中光科技集团股份有限公司 一种距离测量方法及深度相机
CN111025315B (zh) * 2019-11-28 2021-11-19 奥比中光科技集团股份有限公司 一种深度测量系统及方法
JP2021099271A (ja) * 2019-12-23 2021-07-01 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 測距装置およびその制御方法、並びに、電子機器
JPWO2021145090A1 (zh) * 2020-01-17 2021-07-22
CN111580125B (zh) * 2020-05-28 2022-09-09 Oppo广东移动通信有限公司 飞行时间模组及其控制方法、电子设备
JP6953595B1 (ja) * 2020-09-09 2021-10-27 浜松ホトニクス株式会社 距離画像取得装置及び距離画像取得方法
JP2022115580A (ja) * 2021-01-28 2022-08-09 国立大学法人静岡大学 距離画像撮像装置及び距離画像を撮像する方法
JP2022133012A (ja) * 2021-03-01 2022-09-13 浜松ホトニクス株式会社 距離画像取得装置および距離画像取得方法
JP2023037863A (ja) * 2021-09-06 2023-03-16 凸版印刷株式会社 距離画像撮像装置及び距離画像撮像方法
JP2024030776A (ja) * 2022-08-25 2024-03-07 浜松ホトニクス株式会社 距離計測装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1991407A (zh) * 2005-10-28 2007-07-04 夏普株式会社 光学式测距装置
CN101784911A (zh) * 2007-08-22 2010-07-21 浜松光子学株式会社 固体摄像装置和距离图像测量装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4235729B2 (ja) * 2003-02-03 2009-03-11 国立大学法人静岡大学 距離画像センサ
JP4280822B2 (ja) 2004-02-18 2009-06-17 国立大学法人静岡大学 光飛行時間型距離センサ
DE102009037596B4 (de) * 2009-08-14 2014-07-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Pixelstruktur, System und Verfahren zur optischen Abstandsmessung sowie Steuerschaltung für die Pixelstruktur
JP5558999B2 (ja) * 2009-11-24 2014-07-23 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ及び距離画像センサ
JP5675468B2 (ja) * 2011-03-31 2015-02-25 本田技研工業株式会社 測距システム
JP5576851B2 (ja) 2011-12-27 2014-08-20 本田技研工業株式会社 測距システム及び測距方法
US9134401B2 (en) * 2012-03-27 2015-09-15 Hamamatsu Photonics K. K. Range sensor and range image sensor
WO2014119241A1 (ja) 2013-01-31 2014-08-07 パナソニック株式会社 測距方法および測距システム
KR102003496B1 (ko) * 2013-03-06 2019-10-01 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이미지 픽업 장치
EP2955539B1 (en) * 2014-06-12 2018-08-08 Delphi International Operations Luxembourg S.à r.l. Distance measuring device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1991407A (zh) * 2005-10-28 2007-07-04 夏普株式会社 光学式测距装置
CN101784911A (zh) * 2007-08-22 2010-07-21 浜松光子学株式会社 固体摄像装置和距离图像测量装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170044154A (ko) 2017-04-24
CH711639B1 (de) 2018-05-15
KR102350761B1 (ko) 2022-01-13
US10684371B2 (en) 2020-06-16
JP2016045066A (ja) 2016-04-04
DE112015003846T5 (de) 2017-05-04
JP6280002B2 (ja) 2018-02-14
US20170234983A1 (en) 2017-08-17
CN106574974A (zh) 2017-04-19
WO2016027656A1 (ja) 2016-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106574974B (zh) 测距方法以及测距装置
KR102052753B1 (ko) 거리 센서 및 거리 화상 센서
US10707362B2 (en) Controlling of photo-generated charge carriers
KR102028224B1 (ko) 거리 센서 및 거리 화상 센서
US8638424B2 (en) Charge equalizing clock driver and other enhancements for time-of-flight depth sensing and other systems
CN106471391A (zh) 测距装置以及测距装置的驱动方法
US11412590B2 (en) Apparatus for controlling driver current for illumination source
KR102291769B1 (ko) 측거 장치
US9494688B2 (en) Range sensor and range image sensor
CN111033315A (zh) 距离图像测定装置以及距离图像测定方法
US9664780B2 (en) Distance sensor and distance image sensor
KR20200096860A (ko) 발광 장치, 광학 장치 및 정보 처리 장치
KR102028223B1 (ko) 거리 센서 및 거리 화상 센서
DE102017106071B3 (de) Verfahren zur Erfassung der Verzögerung zwischen einem Lichtpuls und einem Shutter-an-Signal zur Verbesserung von Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der Lichtlaufzeit
JP6499856B2 (ja) 画像処理装置、画像出力装置及び検査装置
CN109644246A (zh) 摄像元件以及摄像系统
US20200225352A1 (en) Lighting device for frequency-modulated emission
DE102017106072B3 (de) Verfahren zur Erfassung der Verzögerung zwischen einem Strompuls an einem Leuchtmittel und einem Shutter-an-Signal zur Verbesserung von Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der Lichtlaufzeit
DE102017106073B3 (de) Verfahren zur Erfassung der Verzögerung zwischen einem Spannungspuls an einem Leuchtmittel und einem Shutter-an-Signal zur Verbesserung von Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der Lichtlaufzeit
Chen et al. A reconfigurable 256× 256 image sensor controller that is compatible for depth measurement

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant